Adelaidės universiteto mokslininkai pristatė naują sausą elektrodą vandeninėms baterijoms, kuris leidžia gaminti katodus, turinčius daugiau nei dvigubai geresnius rezultatus nei tradicinės jodo ar ličio jonų baterijos.
„Sukūrėme naują elektrodų metodą cinko–jodo baterijoms, kuris leidžia išvengti tradicinio šlapio jodo maišymo,“ – teigė profesorius Shizhang Qiao, Adelaidės universiteto nanotechnologijų katedros vadovas bei Medžiagų energetikai ir katalizei centro direktorius.
„Mes sumaišėme aktyviąsias medžiagas sausų miltelių pavidalu ir iš jų suformavome storus, savarankiškai laikomus elektrodus.
Tuo pačiu į elektrolitą įpylėme nedidelį kiekį paprastos cheminės medžiagos – 1,3,5-trioksano – kuri įkraunant bateriją virsta apsaugine plėvele ant cinko paviršiaus. Ši plėvelė neleidžia formuotis pavojingoms adatėlės formos struktūroms – dendritams, galintiems sukelti trumpojo jungimo pavojų.“
Saugesnė ir tvaresnė alternatyva ličio baterijoms
Vandeninės cinko–jodo baterijos garsėja saugumu, tvarumu ir palankiomis sąnaudomis, ypač tinkamomis energijos saugojimui didelės apimties tinkluose. Tačiau iki šiol jų našumas nusileido ličio jonų baterijoms. Komandos tyrimo rezultatai paskelbti žurnale „Joule“.
„Naujas elektrodų gamybos metodas leido pasiekti rekordinį 100 mg aktyviosios medžiagos kiekį viename kvadratiniame centimetre,“ – sakė tyrėjas Han Wu.
„Naudodami šiuos naujuosius elektrodus sukurti baterijų elementai po 750 įkrovimo ciklų išlaikė net 88,6 proc. talpos, o monetinės baterijos – 99,8 proc. po 500 ciklų. Naudojant sinchrotroninį infraraudonųjų spindulių matavimą, galėjome tiesiogiai stebėti, kaip formuojasi apsauginė plėvelė ant cinko.“
Realus potencialas tinkliniam energijos kaupimui
Didelis jodo kiekis ir stipri sąveika su cinku leidžia kiekvienai baterijai sukaupti daugiau energijos mažesniu svoriu ir kaina. Toks proveržis priartina cinko–jodo baterijas prie praktinio pritaikymo masteliniuose energijos saugojimo sprendimuose.
Tarp pagrindinių šio sprendimo pranašumų – didesnė talpa, sausi elektrodai talpina daugiau aktyviosios medžiagos nei įprasti drėgnieji, kurie dažnai neperžengia 2 mA h/cm² ribos.
Taip pat sumažinami savieji nuostoliai ir sumažėja jodo nutekėjimas į elektrolitą, kas anksčiau mažino našumą. Galiausiai, žymiai pagerėjęs cinko stabilumas, nes plėvelė apsaugo nuo dendritų ir prailgina akumuliatoriaus gyvavimo trukmę.
„Ši technologija ypač aktuali energijos saugojimo įmonėms, kurios ieško ilgalaikių, pigesnių ir saugesnių alternatyvų, pavyzdžiui, atsinaujinančios energetikos integravimui ar tinklo stabilizavimui,“ – aiškino profesorius Qiao.
Plėtra ir ateities planai
Komanda planuoja plėtoti šią technologiją toliau. Pasak jų, elektrodų gamyba galėtų būti lengvai pritaikoma ritininio gamybos metodo („reel-to-reel“) principui.
Optimizavus komponentus, pavyzdžiui, lengvinant srovės kolektorius ir mažinant perteklinį elektrolitą – energijos tankis galėtų būti padvigubintas nuo 45 Wh/kg iki maždaug 90 Wh/kg.
Be to, tyrėjai ketina išbandyti kitų halogenų, pavyzdžiui, bromo, chemijas, naudodami tą pačią sausos gamybos metodiką.
